Неумолимое приближение современных аккумуляторов к теоретическому пределу емкости — серьезное препятствие на пути новой энергетики и электрического транспорта. Инженеры из США нашли решение, которое поможет электрифицировать авиацию, морские суда и поезда: топливный элемент, работающий по принципу батареи, но который нужно не заряжать, а заправлять жидким металлическим натрием, недорогим и доступным. Испытания показали, что элемент обеспечивает в три раза более высокую удельную энергии, чем литий-ионные батареи.
Удельная плотность энергии современных литий-ионных батарей приближается к 300 Вт*ч/кг. Для коммерческой электрической авиации требуется намного больше — не менее 1000 Вт*ч/кг. Этого все равно не хватит на то, чтобы совершить трансатлантический перелет, но хотя бы можно будет электрифицировать региональную авиацию, пишет MIT News. Другим видам транспорта тоже нужны недорогие аккумуляторы с высокой плотностью энергии.
Эти соображения и подтолкнули исследователей из Массачусетского технологического института к металлическому натрию. Многие исследовательские группы в течение последних 30 лет работали над литий-воздушными или натрий-воздушными батареями, но не смогли сделать их полностью перезаряжаемыми. Ученые из МТИ использовали ту же базовую концепцию, но вместо батареи сделали топливный элемент. В отличие от аккумулятора, где все компоненты герметично запечатаны, энергоносители топливного элемента можно извлекать и менять.
Команда создала два лабораторных прототипа. В одном из них, названном ячейкой H, две вертикальные стеклянные трубки соединены трубкой посередине, которая содержит твердый керамический электролит и пористый воздушный электрод. Жидкий металлический натрий заполняет трубку с одной стороны, а воздух протекает через другую, обеспечивая кислород для электрохимической реакции в центре, которая в конечном итоге постепенно потребляет натриевое топливо. Другой прототип имеет горизонтальную конструкцию с поддоном из электролитного материала, содержащим жидкий натрий. Пористый воздушный электрод, который облегчает реакцию, прикреплен к нижней части поддона.
Испытания в воздушном потоке с тщательно контролируемым уровнем влажности показали удельную плотность свыше 1500 Вт*ч/кг для «стопки» элементов. По словам профессора Чан Ен Миня, одного из руководителей проекта, после интеграции в систему этот показатель снизится до 1000 Вт*ч/кг.
Дополнительное преимущество системы — попадая в океан, конечный продукт реакции, бикарбонат натрия, снижает кислотность воды, то есть, нейтрализует воздействие парниковых газов.
